Введение к работе
Актуальность проблемы. Применяемые в настоящее время в рыбной отрасли технологии в большинстве своем являются многоотходными. Это снижает эффективность использования водных биологических ресурсов и рентабельность производства вследствие частичных потерь ценных компонентов сырья, увеличивая антропогенную нагрузку на окружающую среду. Снижение объема отходов на рыбоперерабатывающих предприятиях за счет модернизации технологических процессов является эффективным способом, позволяющим повысить глубину переработки рыбного сырья. Актуальность данной проблемы отражена в Концепции развития рыбного хозяйства РФ на период до 2020 г., определяющей основные направления модернизации рыбной отрасли.
В настоящее время в отечественном АПК ощущается существенный недостаток кормового белка. Потребность в кормовой рыбной муке, традиционно используемой в качестве белкового компонента комбикормов, по данным Мин-сельхоза РФ, составляет около 400 - 600 тыс. тонн в год при объемах выпуска около 120 тыс. Проблема дефицита решается за счет импорта, однако качество поступающей на отечественный рынок муки не всегда соответствует предъявляемым требованиям. В то же время в процессе ее производства в больших количествах образуется рыбный подпрессовый бульон, в состав которого входит около 7 % рыбного белка. В настоящее время он не утилизируется, что приводит к потере около 15 тыс. тонн ценных азотистых веществ при существующем уровне производства муки. Разработка безотходной, экологически чистой технологии переработки бульона с целью получения дополнительных кормовых продуктов является актуальной и важной с практической точки зрения задачей. В рыбоперерабатывающей отрасли известны работы Боевой Н.П., Бредихиной О.В., Губановой А.Г., Космодемьянского Ю.В., Кузнецова СИ., Лялина В.А., Мрочкова К.А., Мукатовой М.Д., Щербины Б.В. и ряда других исследователей, посвященные утилизации вторичных сырьевых ресурсов микро- и ультрафильтрацией с использованием отечественных полимерных мембран. За последние 15 лет в мире достигнут существенный прогресс в технологии изготовления неорганических мембран. Они выгодно отличаются от полимерных: обладают высокой удельной производительностью, выдерживают большее рабо-
4 чее давление и температуру, являются устойчивыми к воздействию агрессивных сред и жесткой воды, характеризуются длительным сроком эксплуатации. Замена традиционного способа упаривания подпрессовых бульонов технологией их концентрирования методом ультрафильтрации с использованием современных неорганических мембран является перспективным техническим решением, позволяющим в совокупности с достижениями в области сушки организовать непрерывный процесс получения из подпрессовых бульонов влажных и сухих кормовых белково-липидных концентратов (БЛК).
Разработка и внедрение в производственные циклы безотходной и экологически чистой технологии переработки подпрессовых бульонов позволит повысить рентабельность рыбоперерабатывающих предприятий за счет реализации дополнительных кормовых продуктов, способствуя сокращению дефицита кормового белка и снижению импорта муки в Россию, а также улучшить экологическую обстановку за счет снижения жидких сбросов в окружающую среду.
Цель и задачи работы. Цель работы заключалась в разработке безотходной и экологически чистой технологии влажных и сухих БЛК из подпрессовых бульонов с использованием неорганических мембран отечественного и импортного производства. В рамках поставленной цели решались следующие задачи:
изучить химический состав, показатели качества и безопасности, кормовую и биологическую ценность рыбных подпрессовых бульонов;
обосновать рациональные параметры технологии концентрирования рыбных подпрессовых бульонов на металлокерамических мембранах Trumem ;
обосновать рациональные параметры технологии концентрирования подпрессовых бульонов и последующей регенерации керамических мембран CeRAM INSIDE;
обосновать выбор способа сушки влажных БЛК и установить его рациональные параметры;
изучить показатели качества и безопасности, кормовую и биологическую ценность влажного и сухого БЛК;
установить срок хранения сухого БЛК;
провести биологические испытания сухого БЛК;
5 - разработать нормативную документацию на влажный и сухой БЛК и оценить эффективность разработанной технологии.
Научная новизна работы. Обоснована технология переработки вторичных сырьевых ресурсов - подпрессовых бульонов, основанная на их концентрировании способом ультрафильтрации на металлокерамических или керамических мембранах с последующей сушкой влажных БЛК распылением, способствующая получению кормовых продуктов высокой биологической ценности.
Изучено влияние технологических параметров концентрирования подпрессовых бульонов с использованием металлокерамических и керамических мембран на их удельную производительность, выход и состав полученных БЛК.
Исследовано влияние температуры и концентрации сухих веществ во влажном БЛК на показатель преломления; разработан экспресс-метод, позволяющий контролировать содержание сухих веществ в продукте в процессе концентрирования.
Выявлено влияние концентрации моющих средств в водных растворах на степень растворения осадка, образующегося в процессе концентрирования на мембранах, рабочего давления и продолжительности обработки на степень регенерации мембран.
На основании исследования влияния температуры воздуха на выходе из сушильной камеры на средний диаметр частиц сухого БЛК, величину его выхода, химический состав и показатели качества обоснованы рациональные параметры процесса сушки.
Практическая значимость работы. Разработана и апробирована в производственных условиях корпуса экспериментальных технологий ФГУП «ВНИРО» технология влажного и сухого БЛК. Новизна технического решения защищена патентом РФ на изобретение № 2232522 «Способ производства сухого концентрата рыбного белка из бульона».
Разработаны, согласованы и утверждены ТУ № 9280 - 030 - 00472124 - 05 «Концентрат белково-липидный кормовой» и «ТИ по изготовлению концентрата белково-липидного кормового».
Разработаны проект ТУ № 9280 - 048 - 00472124 - 07 «Концентрат белко-во-липидный сухой кормовой» и «ТИ по изготовлению концентрата белково-липидного сухого кормового».
Проведены биологические испытания сухого БЛК на молоди ленского осетра, показавшие повышение выживаемости, увеличение прироста массы особей и снижение кормовых затрат.
Разработаны ИТ, по которым ФГУП «Красная Звезда» был изготовлен опытный образец ультрафильтрационной установки УФ-3, предназначенный для концентрирования подпрессовых бульонов на металлокерамических мембранах, рекомендованный к серийному производству по результатам межведомственных испытаний.
Разработана технология регенерации мембран CeRAM INSIDE, позволяющая восстановить их удельную производительность на 96 % по сравнению с первоначальной. Новизна технического решения подтверждена заявкой на патент РФ.
Основные положения, выносимые на защиту
обоснование рациональных параметров технологии концентрирования рыбных подпрессовых бульонов способом ультрафильтрации на керамических и металлокерамических мембранах и технологии их регенерации;
выбор способа и обоснование рационального режима сушки распылением влажных БЛК;
результаты исследований кормовой и биологической ценности подпрессовых бульонов и БЛК, обуславливающие целесообразность их использования в качестве кормовых продуктов.
Апробация рабаты. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научно-практической конференции «Водные биоресурсы, решение проблем изучения и рационального использования» (Москва, 2003), V-ой Международной научно-технической конференции «Пища, экология, человек» (Москва, 2003), Международной научной конференции «Инновации в науке и образовании - 2003» (Калининград, 2003), П-ой и Ш-ей международных научных конференциях студентов и молодых ученых «Живые системы и биологическая безопасность населения» (Москва, 2003, 2004), Международной научной
7 конференции «Инновации в науке и образовании-2004 (Калининград, 2004), научно-практической конференции "О приоритетных задачах рыбохозяйственной науки в развитии рыбной отрасли России до 2020 года" (Москва, 2004), Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи «НТТМ-2004» (Москва, 2004), 1-ой международной научно-практической конференции «Повышение эффективности использования водных биологических ресурсов мирового океана» (Москва, 2006).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, в том числе 5 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 1 патент РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, методической и экспериментальной части, включающей 8 глав, посвященных обсуждению результатов научных исследований, выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 177 страницах, содержит 53 таблицы, 21 рисунок и 12 приложений. Список литературы включает 185 литературных источников, в том числе 54 печатных работы зарубежных авторов.
